Establishment of a multifunctional surface modification method for titanium using thermal diffusion

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K17032
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 57050:Prosthodontics-related
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: Yamaguchi Hirofumi 東北大学, 大学病院, 助教 (80876475)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: チタン / 熱拡散 / 傾斜構造

Outline of Final Research Achievements

Alloying the titanium surface layer by thermal diffusion was devised as a new surface modification method for titanium, which is a metallic material for biomedical applications.Ti-Fe diffusion layer with a graded structure was formed on the titanium surface layer by thermally diffusing iron from the titanium surface layer.Also, the surface was found to exhibit high wear resistance.Furthermore, silver was thermally diffused from the titanium surface layer to form a Ti-Ag diffusion layer on the titanium surface layer.

Free Research Field

歯科生体材料

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

従来、チタンの物性向上のための合金化や表面処理では、一つのチタンに複数の機能を付与することはできなかったが、熱拡散では元素を付着させた部位のみで拡散が起こるため、必要な部位を選択して複数の金属元素を同時に拡散させることが可能と考えられる。また、形成される拡散層は傾斜構造を有するため曲げに強く、コーティングで課題であった剥離の問題を解決できる。さらに、熱拡散の熱処理温度はチタンの融点よりもはるかに低いため、チタン製の医療機器の形状を変えることなく応用することが可能である。